一种双阻带可切换且连续可调的uwb天线及其应用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种双阻带可切换且连续可调的UWB天线及 其应用方法。
【背景技术】
[0002] UWB天线由于超宽带的特性，近些年被全球学者广泛研究。一般认为，UWB天线的 频谱为3. 1-10. 6GHz (S11小于-IOdB)。而UWB天线覆盖的频率范围与许多其他频段相重 叠，例如5-6GHz的WLAN频段，8-12GHZ的X波段等。如果不对这种重叠采取措施则会造成 电磁干扰，因此，在UWB天线的频带中，某些不需要的频段需要加以屏蔽，即在特定的频段 处产生阻带，这就是带阻UWB天线。而随着智能天线的发展，可重构技术也出现在天线中， 例如阻带可切换和阻带连续可调。开关二极管由于其开关功能可以实现阻带切换，而变容 二极管的电容可随电压连续变化因而能够使阻带的中心频点连续变化。
[0003] 而目前，现有的阻带UWB天线只能实现几个阻带之间的切换或一个阻带内中心频 率的连续可调。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种双阻带可切 换且连续可调的UWB天线及其应用方法。
[0005] 技术方案：本发明的一种双阻带可切换且连续可调的UWB天线，包括UWB天线和阻 带结构，所述阻带结构设置于UWB天线中馈线的两侧，阻带结构中两个开关二极管、两个变 容二极管以及其他微带枝节线结构为串联关系；而UWB天线的辐射器和地板分别在介质板 的顶层和底层，阻带结构（顶层）印刷在馈线两旁；
[0006] 其中，当在两个开关二极管两端分别加 OV和5V电压时，实现导通和截止两个状 态，对应两个阻带之间的切换；当在两个变容二极管两端加上0~15V的连续变化电压时， 使得其电容产生连续变化，从而使阻带的中心频率连续可调。
[0007] 本发明还公开了一种双阻带可切换且连续可调的UWB天线的应用方法，包括以下 步骤：
[0008] (1)提取不同电压下变容二极管和开关二极管的等效RLC电路的电阻值、电感值 和电容值；
[0009] (2)选取任意一种UWB天线作为结构基础，产生3. 1-10. 6GHZ的带宽；
[0010] ⑶在步骤⑵中选取的UWB天线的基础上添加所述阻带结构，包括一对开关二极 管和一对变容二极管，用步骤（1)中得到的各组电阻、电感和电容参数来模拟不同电压下 的二极管状态；
[0011] ⑷进行匹配调节，使除阻带以外的频带获得良好匹配。
[0012] 有益效果：本发明中安装了带有变容二极管和开关二极管的阻带结构，通过改变 开关二极管和变容二极管两端的电压，实现阻带可切换和阻带中心频率连续可调的功能。 另外，本发明首次提出同时实现阻带可切换和阻带连续可调功能的UWB天线，将阻带可切 换UWB天线和阻带连续可调UWB天线结合起来。
【附图说明】
[0013] 图1为实施例中变容二极管的示意图；
[0014] 图2为本发明的结构示意图；
[0015] 图3为实施例测试结果中反射系数与频率的关系示意图；
[0016] 图4为实施例测试结果中反射系数与频率的关系示意图；
[0017] 图5为实施例中不同实测方向的测试结果示意图。
[0018] 其中，图1(a)为变容二极管的spice模型示意图，图1(b)为变容二极管封装尺寸 的俯视图，图1(c)为变容二极管正方向的封装尺寸示意图；图2(a)为本发明的整体效果 图，图2(b)为图2(a)的侧视图，图2(c)为本发明中的阻带结构示意图；图4(a)为开关二 极管两端电压为OV (即OFF状态）时，变容二极管电压为0V、8V和15V下的阻带情况示意 图；图4(b)为开关二极管两端电压为5V(即ON状态）时，变容二极管电压为0V、8V和15V 下的阻带情况示意图；图5 (a)为4GHz下的E面与H面示意图，图5 (b)为8GHz下的E面与 H面的示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施 例。
[0020] 如图1和图2所示，本发明的一种双阻带可切换且连续可调的UWB天线，包括UWB 天线以和阻带结构，所述阻带结构中设有两个开关二极管和两个变容二极管；
[0021] 其中，当在两个开关二极管两端分别加 OV和5V电压时，实现导通和截止两个状 态，对应两个阻带之间的切换；当在两个变容二极管两端加上0~15V的连续变化电压时， 使得其电容产生连续变化，从而使阻带的中心频率连续可调。
[0022] 上述双阻带可切换且连续可调的UWB天线的应用方法，包括以下步骤：
[0023] (1)提取不同电压下变容二极管和开关二极管的等效RLC电路的电阻值、电感值 和电容值；
[0024] (2)选取任意一种UWB天线作为结构基础，产生3. 1-10. 6GHZ的带宽；
[0025] (3)在步骤⑵中选取的UWB天线的基础上添加所述阻带结构，包括一对开关二极 管和一对变容二极管，用步骤（1)中得到的各组电阻、电感和电容参数来模拟不同电压下 的二极管状态；
[0026] (4)进行匹配调节，使除阻带以外的频带获得良好匹配。
[0027] 实施例1 :
[0028] 首先，下载型号为SMV1231-079LF的变容二极管和型号为SMP1320-079LF的开关 二极管datasheet，找到SMV1231-079LF的变容二极管的spice模型和封装尺寸，如图1所 示，其中，该变容二极管的偏压-电容参见表1 ;
[0029] 表1偏压-电容值
[0030]
[0031] 然后在ADS中添加 spice模型扫频范围设置在3· 1-10. 6GHz，输出Z参数，得到等 效RLC串联电路的电阻R值、电感L值和电容C值；并与datasheet中的偏压-电容表格对 比以确认提取正确。其中开关二极管分别添加 OV和5V的电压，变容二极管分别添加0V-15V 的呙散电压。
[0032] 如图2所示，接着，选择辐射器为圆形的微带UWB天线，产生3. 1-10. 6G Hz的频带， UWB天线的馈线两侧为所述阻带结构，其中，A表示开关二极管（PIN)，B表示变容二极管，并 且与阻带其他结构彼此串联；添加 Lumped RLC结构用于模拟变容二极管和开关二极管，其 长度依据datasheet里的封装尺寸设定，这里选取I. 5mm。
[0033] 最后，切去在地板上端两个角以改善匹配，如图2(a)所示。通过调节三角形的长 与宽，实现天线的最佳匹配效果；图2(c)为阻带结构示意图，图中只画出了一边阻带结构， 另一边完全对称。
[0034] 图3为测试结果示意图，图中两条曲线分别对应变容二极管两端电压为OV时，开 关二极管电压为OV或5V下的阻带情况，从该测试结果可以看出开关二极管的ON和OFF状 态可以实现2个阻带之间的切换。
[0035] 并且图4的测试结果也表明，本发明可以实现两阻带切换且带内连续可调。
[0036] 而图5中的测试结果则说明本发明的非阻带频段的辐射性能良好，阻带结构没有 对其造成明显影响。
[0037] 综上所述，本发明中的双阻带可切换且连续可调的UWB天线，可以通过改变阻带 结构的电长度以及二极管的型号，实现不同频段下的阻带切换和阻带内独立可调，具有广 阔的应用前景。
【主权项】
1. 一种双阻带可切换且连续可调的UWB天线，其特征在于：包括UWB天线和阻带结构， 所述阻带结构设置于UWB天线中馈线的两侧，阻带结构中两个开关二极管、两个变容二极 管以及其他微带枝节线结构为串联关系； 其中，当在两个开关二极管两端分别加OV和5V电压时，实现导通和截止两个状态，对 应两个阻带之间的切换；当在两个变容二极管两端加上0~15V的连续变化电压时，使得其 电容产生连续变化，从而使阻带的中心频率连续可调。2. -种如权利要求1所述的双阻带可切换且连续可调的UWB天线的应用方法，其特征 在于：包括以下步骤： (1) 提取不同电压下变容二极管和开关二极管的等效RLC电路的电阻值、电感值和电 容值； (2) 选取任意一种UWB天线，产生3. 1-10. 6GHZ的带宽； (3) 在步骤（2)中选取的UWB天线的基础上添加所述阻带结构，包括一对开关二极管和 一对变容二极管，用步骤（1)中得到的各组电阻、电感和电容参数来模拟不同电压下的二 极管状态； (4) 进行匹配调节，使除阻带以外的频带获得良好匹配。
【专利摘要】本发明公开一种双阻带可切换且连续可调的UWB天线及其应用方法，包括UWB天线以及阻带结构，所述阻带结构中设有两个开关二极管和两个变容二极管；其中，当在两个开关二极管两端分别加0V和5V电压时，实现导通和截止两个状态，对应两个阻带之间的切换；当在两个变容二极管两端加上0～15V的连续变化电压时，使得其电容产生连续变化，从而使阻带的中心频率连续可调。本发明首次提出同时实现阻带可切换和阻带连续可调功能的UWB天线，将阻带可切换UWB天线和阻带连续可调UWB天线结合起来。
【IPC分类】H01Q23/00, H01Q1/50
【公开号】CN105244621
【申请号】CN201510674386
【发明人】崔铁军, 李允博, 吴伟
【申请人】东南大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月15日